t검정
분산을 모를 때는 t분포를 사용할 수 있다.
P(a < \hat\mu < b) =
P\bigg(~
{a-\mu\over\sigma/\sqrt{n}} < {\overline{X}-\mu
\over\sigma/\sqrt{n}} <
{b-\mu\over\sigma/\sqrt{n}}~\bigg)
분모를 다음과 같이 바꿔주면 t분포로 바꿔줄 수 있다.
{\sigma\over\sqrt{n}} \cdot
\sqrt{{(n-1)s^2\over\sigma^2}
\cdot {1 \over n-1}} ~=~
{\sigma\over\sqrt{n}} ~\cdot~
{s \over \sigma} =
{s \over \sqrt{n}}
\begin{align*}
&=~P\bigg(~
{a-\mu\over s/\sqrt{n}} < {\overline{X}-\mu
\over s/\sqrt{n}} <
{b-\mu\over s/\sqrt{n}}~\bigg)
\\[25pt]
&=~P\bigg(
-t_{\alpha/2}~(n-1) <
{\overline{X}-\mu
\over s/\sqrt{n}} <
t_{\alpha/2}~(n-1)~\bigg)
\\[25pt]
&=~P\bigg(~
\overline{X}-t_{\alpha/2}(n-1)~
{s\over\sqrt{n}}
< \mu <
\overline{X}+t_{\alpha/2}(n-1)~
{s\over\sqrt{n}}
~\bigg)
\end{align*}
정리해보면 다음과 같다.
\hat\mu = \overline{X}. \kern{15pt}
X_i \sim N(\mu, \sigma^2). \kern{15pt} \text{i.i.d}
\\[15pt]
\text{confidence interval} =
\overline{X} \pm t_{\alpha/2}(n-1)~
\cdot{s\over\sqrt{n}}